Створення сучасного комплекту для вивчення оптичного випромінювання у практикумі з фізики в закладах вищої освіти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Створення сучасного комплекту для вивчення оптичного випромінювання у практикумі з фізики в закладах вищої освіти

Величко С.П., Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини,

Величко І.С., компанія "Data Art", Ковальов С.Г., ПАТ "НВП "Радій", Миколайко В.В., Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини



Вступ

Актуальність теми. У сучасних стрімких темпах науково-технічного прогресу стає очевидною значущість підготовки фахівців фізико-математичного і технічного напрямків. Це вимагає переведення процесу навчання фізики у закладах вищої освіти (ЗВО) на значно вищий рівень з широким запровадженням інтеграційних аспектів, інноваційних підходів та сучасних інформаційно- комунікаційних технологій (ІКТ). Значна увага до процесу інформатизації освіти, і фізичної освіти зокрема, та приведення її у відповідність до сучасних досягнень науки визначається відповідними Законами України: "Про вищу освіту"[1], "Про основні засади розвитку інформаційного суспільства в Україні на 2007- 2015 роки" [2] та Постановами Верховної Ради України "Про затвердження Комплексної програми забезпечення загальноосвітніх, професійно-технічних і вищих навчальних закладів сучасними технічними засобами навчання з природничо-математичних і технологічних дисциплін" [3].

Застосування ІКТ відноситься до найпріорітетніших напрямків розвитку освітянської галузі. Впровадженню сучасних засобів навчання фізики на основі ІКТ присвячені праці В. Бикова [4], С. Величка [5], Ю. Жука [6], В. Заболотного [7], О. Іваницького [8], А. Касперського [9], Ю. Орищина [10], В. Сиротюка [11], Н. Сосницької [12], В. Шарко [13], М. Шута [14] та інших вітчизняних дослідників.

Використання засобів ІКТ разом з традиційними технологіями дозволяє підвищити ефективність навчально- виховного процесу з фізики, активізувати навчальну діяльність, обирати студентові свій темп і варіант освітньої траєкторії тощо. Поєднання реального фізичного експерименту з ІКТ дозволяє проводити його на новому якісному і кількісному рівні, що сприяє повнішому оволодінню системою фізичних знань, формуванню умінь і навичок застосовувати набуті знання у майбутній професійній діяльності, формуванню сучасної фізичної картини світу, покращує опанування професійними та фундаментальними фаховими компетенціями з фізики.

За цих обставин зростає потреба в удосконаленні фізичного експерименту внаслідок створення навчальних універсальних комплектів та розробки методики запровадження у навчальний процес обладнання, яке виготовлене із запровадженням комп'ютерних технологій. Це є водночас однією із тенденцій вдосконалення методики навчання фізики.

При цьому слід відмітити, що використання саме засобів ІКТ дозволяє мати педагогічні переваги порівняно з традиційними технологіями навчання у зв'язку з індивідуалізацією навчального процесу, наданням можливості студентові обирати свій темп і варіант освітньої траєкторії, формувати його як активного суб'єкта освітнього процесу. Зазначене є особливо важливим й у зв'язку з тим, що при вивченні фізики вагомим є фізичний експеримент, де використання засобів ІКТ дозволяє проводити його в освітніх цілях на значно вищому якісному і кількісному рівні, що сприяє оволодінню студентами експериментаторськими уміннями і навичками, дослідницькими компетенціями та ефективно застосовувати свої здобутки у майбутній професійній діяльності, формуванню чіткої фізичної картини світу, що поліпшує опанування професійними та фундаментальними фаховими знаннями й одночасно сприяє формуванню відповідних професійних якостей майбутнього вчителя, творчості при виконанні основних педагогічних завдань, наполегливості, професійної компетенції і дослідницьких компетентностей в експериментуванні.

Аналіз наукових досягнень у вивченні оптичного випромінювання та в галузі практичної спектроскопії [15; 16; 17], методики розкриття основ спектрального аналізу у курсі загальної фізики, а також низки досліджень, що пов'язані з розробкою фізичного експерименту з оптики у ЗВО (С. Величко [18], С. Гайдук [19], О. Кузьменко [20], Ю. Орищин [10], Е. Сірик [22], Н. Сосницька [21] та ін.), дозволив виявити низку суперечностей між:

- проблемами змісту навчального матеріалу з курсу загальної фізики, який відображає теоретичну складову фундаментальної фізичної підготовки майбутніх фахівців, і необхідністю реалізації відповідної експериментальної складової цієї підготовки (особливо навчального фізичного експерименту (НФЕ) для запроваджування на належному рівні функцій реєструвального устаткування, сприяння відбору ефективних зразків обладнання і раціональних методів вимірювання, обробки та відображення експериментальних результатів тощо) та відсутністю такого комплексного устаткування з фізики для ЗВО, яке поєднане із засобами ІКТ;

- вимогами запроваджуваної кредитно-модульної системи організації навчального процесу з фізики в університетах, що базується на значному посиленні ролі самостійної навчальної діяльності студента й особливо під час фізичного практикуму, та існуючим методичним і матеріально-технічним забезпеченням вивчення оптичного випромінювання у фізичному практикумі, що характерне використанням традиційного вже морально й технічно застарілого обладнання, яке ускладнює навчально- пізнавальну діяльність студента та гальмує його самостійну й особливо індивідуальну роботу, змушуючи діяти за шаблоном.

- існуючим обладнанням для навчальних цілей з вивчення оптичного випромінювання та основ спектроскопії, у якому використовуються оптичні системи, диспергувальним елементом яких є, як правило, призма, що виправдано за умов виконання спостережень та експериментів на якісному рівні, і приладами для кількісних результатів у дослідженні оптичного випромінювання та вимірюванні інтенсивності окремих ділянок спектра і в ході сучасних спектральних досліджень, у яких використання дифракційної гратки відчутно виграє за рахунок кращих диспергуючих властивостей.

Таким чином, актуальність теми дослідження зумовлена необхідністю вирішення існуючих суперечностей і створення на основі сучасних ІКТ нового навчального комплекту та його методичного забезпечення з метою підвищення рівня та якості вивчення оптичного випромінювання і спектрів у фізичному практикумі за програмою загального курсу фізики ЗВО, що одночасно сприяє активізації самостійної навчально- пізнавальної діяльності студентів, частка якої в умовах кредитно модульної системи освіти різко зростає [22; 24]. навчальний фізичний практикум

Мета дослідження полягала у теоретичному обґрунтуванні, розробці та впровадженні нового навчального комплекту "Спектрометр 01" та методики його використання у фізичному практикумі педагогічного ЗВО.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі дослідження:

1. Здійснити науково-теоретичний аналіз джерельної бази дослідження та визначити методичні засади, на яких має ґрунтуватись розробка та впровадження сучасного навчального обладнання для дослідження оптичного випромінювання у навчальному процесі з фізики.

2. Розробити спектральний комплект для дослідження оптичного випромінювання і спектрів у фізичному практикумі ЗВО.

3. Створити програмне забезпечення як складову спектрального комплекту "Спектрометр 01"та підвищення рівня пізнавальної діяльності студентів при виконанні фізичного практикуму з оптики і атомної фізики.

4. Розробити фізичний практикум для дослідження оптичного випромінювання і спектрів та методику його реалізації у навчанні фізики.

5. Провести оцінку розробленого спектрального комплекту та перевірку ефективності виконання робіт фізичного практикуму з оптики та атомної фізики на його основі.

Об'єктом дослідження є фізичний експеримент з хвильової та квантової оптики у курсі загальної фізики педагогічних ЗВО.

Предмет дослідження - методичні засади розробки та впровадження навчального обладнання для дослідження оптичного випромінювання і спектрів у фізичному практикумі з курсу загальної фізики ЗВО.

Для виконання поставлених задач використовувалися наукові методи дослідження, серед яких: аналіз літературних джерел і нормативних документів з метою виявлення методичних засад створення навчального обладнання у поєднанні з ІКТ; узагальнення досвіду роботи викладачів при дослідженні навчального процесу у різних ЗВО; моделювання для розробки та впровадження у навчальний процес спектрального комплекту для вивчення оптичного випромінювання і спектрів у фізичному практикумі;

підготовка методичних вказівок до лабораторних робіт; моніторинг та експериментальна перевірка спектрального комплекту й методики його реалізації в освітньому процесі.

До наукової новизни одержаних результатів ми відносимо: обґрунтування і реалізацію методичних засад (дидактичного, технічного, комп'ютерно-орієнтованого аспектів) розроблення та використання спектрального комплекту "Спектрометр 01"для дослідження оптичного випромінювання і спектрів із запровадженням засобів ІКТ і методику його реалізації у фізичному практикумі в університетах; удосконалення методики і техніки експериментального вивчення закономірностей оптичного випромінювання та практичної спектроскопії та розвиток методики формування експериментальних умінь і навичок роботи студентів із сучасним обладнанням на основі ІКТ у ході розв'язування експериментальних завдань, виконання індивідуальних завдань та робіт фізичного практикуму, що активізує самостійну пізнавальну діяльність студентів у процесі вивчення курсу загальної фізики та формує у майбутніх учителів фізики дослідницьку компетентність в експериментуванні.

До практичного значення одержаних результатів слід віднести створення навчального приладу "Спектрометр 01", який дозволяє вимірювати інтегральні енергетичні характеристики світла, створювати власні регульовані оптичні потоки і графічно їх інтерпретувати; розробку програмного забезпечення "Спектрометр_01.ехе", яке забезпечує автоматичне керування спектральним приладом та відображення, аналіз, збереження і друк спектрограм, що розширює функціональні можливості комплекту та забезпечує дослідницьку діяльність студентів; створення універсального спектрального комплекту до складу якого входять: 1) спектральний прилад "Спектрометр 01";

2) програмне забезпечення "Спектрометр_01.ехе"; 3) персональний комп'ютер (операційна система Windows, 2000, XP, Vista); 4) принтер; розробку і впровадження в освітній процес ЗВО методичних порад і рекомендацій, де відображено дидактичні і технічні характеристики навчального комплекту та методики його реалізації у навчальному процесі з фізики вищої школи, що спрямовано на формування індивідуальних навчально-пошукових здібностей майбутніх учителів фізики.

Основні положення виконаного дослідження, методичні рекомендації та поради впроваджені у навчальний процес п'яти вищих закладів України, що позитивно оцінили і рекомендували до впровадження комплект ''Спектрометр 01" при вивченні курсу загальної фізики у закладах професійно- технічної освіти й університетах та у процесі виконання наукових досліджень.

Основні результати виконаного дослідження отримали позитивну оцінку на 6 міжнародних та 11 всеукраїнських науково-практичних конференціях з методики навчання фізики.



Виклад основного матеріалу.

1. Вимоги до сучасного обладнання для вивчення оптичного випромінювання у закладах вищої освіти. Науково-педагогічні основи розробки сучасного комплекту для підвищення ефективності навчального процесу з курсу загальної фізики у ЗВО, зокрема, дослідження оптичного випромінювання у фізичному практикумі обумовлена низкою вимог, до яких відносяться рівень підготовки студента, наявне навчальне середовище, рівень запровадження засобів ІКТ, комп'ютерної техніки та програмного і матеріального ресурсів та нерозривно пов'язано з використанням спеціального обладнання, яке використовується при проведенні різних видів навчальних фізичних дослідів. Порівнюючи навчальний процес у вищих та загальноосвітніх закладах освіти, можна виділити як багато відмінностей, що визначаються фізіологічними та психічними особливостями розвитку учнів і студентів, так і встановити багато спільних моментів [26; 30; 37], зокрема, обладнання, яке використовується у школі при вивченні фізики, ефективно використовується й у ЗВО. При цьому розробка та впровадження в навчальний процес сучасного обладнання, має спільні ознаки, що сприяють підвищенню ефективності навчального процесу як у ЗЗСО, так й у ЗВО, бо існуючі з основ спектрального аналізу у закладах вищої освіти або дуже вартісні, масивні і мають великі габарити, або є стаціонарними установками, що відбивають епоху ще часів Гюйгенса-Ньютона-Бунзена [25; 29; 33; 38; 39].

Таким чином, для створення якісного засобу навчання науково-методичний аналіз вимагає виходити з того, що цей засіб має: узгоджуватися з науково-обґрунтованими положеннями, які відповідають сучасному стану науки і техніки; сприяти ознайомленню студентів з прийомами та методами наукового пізнання, формуванню матеріалістичного світогляду: відображати загальні властивості предметів і явищ, розкривати закономірні зв'язки і співвідношення між ними; активізувати і стимулювати самостійне мислення студентів, створювати умови творчої пізнавальної діяльності; бути наочними, активізувати увагу студентів, викликати інтерес і зосереджувати увагу на об'єкті, явищі, результаті дослідження; відповідати віковим особливостям і рівневі підготовки студентів, тобто бути доступними для них, не містити надмірні складності, другорядної інформації і відповідати рівневі знань, умінь і навичок, сформованих у студентів; відповідати основним завданням у процесі навчання і задачам виховання (морального, естетичного і фізичного); бути придатним для успішної реалізації сучасних методів та організаційних форм навчання і виховання; об'єм та зміст інформації, яка передається за допомогою засобів навчання, повинні відповідати навчальним програмам.

Зазначимо, що до навчального обладнання з фізики відносяться: 1 - прилади загального призначення, демонстраційні прилади до кожного розділу курсу фізики, а також обладнання для лабораторних робіт і фізичного практикуму; 2 - моделі демонстраційні; 3 - посуд і пристосування для виконання дослідів; 4 - посібники друковані (альбоми, портрети, таблиці, роздатковий матеріал тощо); 5 - діапозитиви, діафільми, кінофільми та 6 - прикладні навчальні програми для ЕОМ [5, с. 146]. До того ж під час вивчення курсу загальної фізики у ЗВО досить вагомим є такі засоби навчання, які є технічними пристроями, що слугують для вимірювання, регулювання та контролю, а також демонстрації процесів і закономірностей, що вивчаються [7], [14].

Обладнання для виконання фронтальних лабораторних робіт призначене для проведення студентами самостійних індивідуальних дослідів. Такі прилади повинні бути прості та зручні у використанні, мати невеликі розміри та бути зручними для компактного збереження.

Обладнання для проведення практикумів передбачає більшу насиченість і вищий ступінь індивідуальності в роботі з ними студентів у порівнянні з приладами для лабораторних робіт. При цьому таке обладнання має відповідати стандартам найбільш уживаного для досліджень обладнання. Одночасно допускається складність функціонування таких приладів, що підвищує рівень науковості при проведенні експериментальних досліджень.

Вимоги, що ставляться перед розробниками нового навчального обладнання, котре має високий рівень педагогічної ефективності, ґрунтовно проаналізовано в працях [7], [11], [15], [18]. Відповідно у цих працях зазначається, що навчальне обладнання повинно мати таку конструкцію:

- передбачати раціональне розміщення блоків і деталей, з урахуванням їх частоти використання у ході проведення дослідів;

- мати розміри і форму приладів для фронтальних лабораторних робіт, що дозволяє використовувати їх в межах одного робочого місця;

- забезпечувати мінімальну затрату часу на підготовку приладів до роботи;

- забезпечувати заміну деталей з обмеженим ресурсом часу і роботи;

- враховувати зручні можливості для перенесення приладів, а також забезпечувати їхню стійкість при відхиленні на ф = 25⁰;

- поєднувати прилади, які входять до складу комплектів і навчальних установок відповідно до вимог, що ставляться перед навчальним обладнанням.

Для визначення рівня педагогічної ефективності засобів навчання застосовуються два види показників [27; 28]:

1 - показники педагогічної ефективності для тих, кого навчають;

2 - показники педагогічної ефективності для тих, хто навчає.

Показники першого виду визначають вплив засобів навчання на якість і швидкість навчання, на збереження у студентів працездатності й зацікавленості до процесу навчання. Ці показники діляться на групи: показники рівня навчання та виховання; показники затрат часу у навчальному процесі; показники працездатності тих, хто навчається; показники мотивації стійкості працездатності тих, хто навчається [28].

Для показників другого виду характерною є дія і вплив використаного засобу навчання на якість діяльності того, хто навчає, на його працездатність і мотиваційну стійкість. Ці показники можна поділити на наступні групи: показники системності і раціональності при виборі засобів навчання; показники затрат часу, що використовуються для передачі навчальної інформації; працездатність того, хто навчає; мотиваційна стійкість до праці у тих, хто навчає [41].

Для визначення дієвості педагогічної ефективності вказаних показників використовуються: контрольні роботи, педагогічне спостереження, експертний метод, експериментальний метод, хронометраж, відеозаписи, фізіологічні методи, опитування, ситуаційні моделі, карти підготовки викладача до заняття тощо.

У випадках, коли визначення деякого показника педагогічної ефективності не можна виміряти безпосередньо, використовується експертна оцінка. Експертна оцінка створюється групою людей, які є висококваліфікованими фахівцями в даній галузі. При цьому оцінка, що виноситься, може набувати наступних значень:

- повна відповідність (10 балів);

- значна відповідність (9,5 балів);

- вище середнього (9 балів);

- середня відповідність (8 балів);

- відповідність нижче середнього (7 балів);

- мала відповідність (6-4 бали);

- дуже мала відповідність (3 -1);

- невідповідність (0 балів).

Експериментальний метод визначення показників педагогічної ефективності проводиться за наслідками спеціального експерименту: з одним студентом, з декількома або навіть з цілою групою студентів.

При проведенні тестів, які дозволяють виявити рівень опанування знань при відповіді на стандартизовані завдання, можна оцінити знання, уміння й навички студентів і їх працездатність.

2. Спектральні прилади, що використовуються для вивчення оптичного випромінювання і спектрів у ЗВО. Спектральні прилади, що використовуються в освітньому процесі ЗВО та їх основні характеристики для дослідження спектрів випромінювання електромагнітних хвиль, достатньо описані в працях [25; 32; 39]. В залежності від того, який діапазон довжин хвиль реєструють спектрометри, їх можна об'єднати у певні групи: низькочастотного, радіо, інфрачервоного, видимого, ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання.

Найбільш розповсюдженими є спектральні прилади інфрачервоної, видимої та ультрафіолетової ділянки випромінювання, які широко використовуються у навчальних, наукових та промислових цілях. Оптичні спектральні прилади можна класифікувати за методом отримання спектра, його реєстрації, а також за тією частиною спектра випромінювання, з якою може працювати даний прилад [25]. Відповідно до методу реєстрації спектрів випромінювання, спектральні прилади класифікують як: спектрографи, монохроматори, спектроскопи, стилоскопи, стилометри, спектрометри, спектрофотометри та квантометри. Детальніший аналіз кожного з видів та їхні функції дають наступну важливу навчальну інформацію

Спектрограф - це прилад, призначення якого отримувати фотографії спектрів випромінювання. До розвитку цифрових технологій даний тип спектральних приладів мав широке застосування. При цьому необхідне зображення реєструвалося на спеціальних фотоплівках або фотопластинках, чутливість яких добиралася згідно вимог, що ставилися у конкретному дослідженні. Найпростіша оптична схема спектрографа показана на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Оптична схема найпростішого спектрографаСвітло від вхідної щілини падає на першу лінзу L1, яка виконує функцію коліматора. При проходженні паралельного пучка через призму відбувається дисперсія світла, яке фокусується на фотопластину за допомогою другої лінзи L2, що називається камерним об'єктивом. Диспергуючим елементом в спектрографі може використовуватись не тільки призма, а й дифракційна гратка.

В залежності від діапазону спектра, для якої призначається прилад, лінзи та призма можуть виготовлятись з різних матеріалів: для видимої частини спектра це скло, а для ультрафіолетової - кварц. При використанні призми, у якої друга грань відбиває світло, або дифракційної гратки, яка працює у відбитому світлі, оптичну схему можна змінити так, що коліматор виконуватиме додатково і функції камерної лінзи, що дозволяє виготовляти значно компактніші спектрографи, які в такому випадку називаються автоколімаційними.

Спектральний прилад, який виділяє вузький діапазон випромінювання ДД називається монохроматором. Монохроматори конструктивно виготовляються у вигляді приладу із симетричними об'єктивами Li і L2, у фокусах яких знаходяться вхідна та вихідна щілина Si і S2. Між лінзами знаходиться диспергуючий елемент D, поворот якого дає можливість вивести на вихідну щілину випромінювання необхідного діапазону довжин хвиль Д%.

У курсі загальної фізики монохроматор може використовуватись при виконанні низки навчальних експериментів, наприклад, вивчення інтерференції світла в тонких плівках та лінзах, дослідження дифракційної гратки, фотоефекту та в інших дослідах, де необхідно використати монохроматичне оптичне випромінювання.

Спектроскоп - це прилад, який призначений тільки для візуального спостереження досліджуваних спектрів. Спектроскопи найчастіше використовуються для навчальних цілей або для експрес аналізу, який дозволяє попередньо визначити вигляд спектра. Спектроскопи обладнують шкалою, яка дозволяє грубо визначати спостережувану довжину хвилі.

У навчальному процесі спектроскопи використовують при візуальному вивченні спектрів випромінювання та поглинання газів.

Стилоскоп - це один з видів спектроскопа, який використовується для напівкількісного аналізу хімічного складу металів. Такі прилади володіють великою роздільною здатністю - в межах 15 000-20 000. Відповідно до їхнього призначення стилоскопи обладнуються шкалою, на якій позначені лінії випромінювання атомів певних металів.

Стилометр - це прилад, який у порівнянні із стилоскопом має додаткову функцію, яка дозволяє співставляти інтенсивності різних спектральних ліній, що по суті дозволяє виконувати кількісний аналіз.

Стилоскопи та стилометри - це вид спектрального обладнання, яке займає особливе місце при вивченні

дисциплін, пов'язаних із матеріалознавством та технологіями обробки матеріалів, оскільки дають можливість проводити дослідження спектрів різноманітних груп металів, у тому числі сталей, чавунів та багатьох інших речовин, які широко використовуються у машинобудівній галузі.

Спектрометр дозволяє виконувати точні вимірювання довжин хвиль у видимій частині спектра. На сьогодні у спектрометрах широко використовується фотографічний та фотоелектричний метод реєстрації спектральних ліній. Спектрометром часто називають монохроматори, які оснащенні пристроєм для кількісної реєстрації енергії випромінювання у спектрі, який часто реалізується у вигляді скануючої системи.

Спектрофотометр призначений для вивчення спектрів поглинання та відбивання. Від спектрометра він відрізняється конструкцією, а також можливістю реєстрації поглинутого та вихідного потоків світла, що пройшло через прозоре середовище, або навіть в деяких зразках такого обладнання є можливість визначення логарифму відношення інтенсивності досліджуваних потоків світла.

Квантометри - це спектральні прилади, які мають багатоканальну систему, що дозволяє одночасно реєструвати різні частини спектра.

Спектральні прилади мають ряд основних характеристик, які визначають межі їх застосування. Такими характеристиками є: кутова дисперсія; лінійна дисперсія; реальна світлосила; роздільна здатність та область пропускання. До вторинних характеристик відносяться: геометричні розміри; форма та положення фокальної поверхні, збільшення, астигматизм і кривизна спектральних ліній.

Спектрометри, спектрофотометри, квантометри - це прилади, які використовуються у ЗВО при вивченні квантової

фізики, зокрема для аналізу кількісних та якісних характеристик оптичного випромінювання. Можливість реєстрації окремих квантів у квантометрів дозволяє ефективно їх використовувати при вивченні питань, пов'язаних з корпускулярно-хвильовим дуалізмом світла, а також при вивченні енергетичних рівнів у атомі. Використання спектрофотометрів також знайшло своє застосування у вивченні елементів фотометрії, яка передбачає визначення як спектральних, так і інтегральних енергетичних характеристик джерел оптичних випромінювань.

Геометричні розміри. Розміри приладу визначаються фокусними відстанями об'єктивів або у разі використання угнутих дзеркал їхнім радіусом кривизни. Найчастіше розміри спектральних приладів співрозмірні із сумою фокусних відстаней об'єктивів за виключенням деяких випадків побудови відповідних оптичних схем. Наприклад, прилади з автоколімаційною схемою співрозмірні з однією фокусною відстанню, а при використанні угнутої дифракційної гратки - з її радіусом кривизни. Відповідно до розмірів прийнято поділяти спектральні прилади на три класи [39]: великі (фокусна відстань об'єктивів > 1,5 м); середні (фокусна відстань 0,5 - 1,5 м:) та малі (фокусна відстань < 0,5 м). З урахуванням зазначених параметрів проаналізуємо деякі зразки такого обладнання.

До великих приладів можна віднести спектрометри КСА-1 і ДФС-8 розміри їхніх об'єктивів відповідно рівні f = 1986 мм та f = 2650 мм. У приладу КСА-1 як диспергуючий елемент використовується призма, що дозволяє отримати лінійні розміри спектра для кварцової оптики l = 550 мм, а для скляної l = 330 мм, відповідно діапазон вимірювання довжин хвиль спектральних ліній для кварцової системи в межах від Хі = 2000 А до Х 2 = 4000 А, а для скляної від Хі = 3600 А до Х 2 = 8000 А. Спектрограф ДФС- 8 має плоску дифракційну гратку, на якій нанесено 1200 лін/мм, що дозволяє у першому максимумі отримати спектр у діапазоні від Х 1 = 2000 А до Х 2 = 10000 А. Прилад виконано за схемою автоколімаційної системи. Таке обладнання має хороші оптичні характеристики, але є масивним і має великі габарити. До недоліків також можна віднести можливість реєстрації спектру частинами і тільки на фотопластини, що ускладнює їх використання в сучасних умовах широкого використання комп'ютеризованого обладнання.

До середніх спектральних приладів слід віднести такі зразки як: ИСП-30, УФ-89, УФ-90. Спектрограф ИСП- 30 - це прилад з кварцовою оптичною системою, яка має об'єктив з фокусною відстанню коліматора f = 703 мм, що дозволяє вимірювати спектрограми у діапазоні від Х 1 = 2000 А до Х 2 = 6000 А. У спектрографа УФ-89 фокусна відстань об'єктиву складає f = 880 мм, а діапазон вимірювання довжин хвиль знаходиться в межах від Хі = 4000 А до І2 = 10000 А. Камера УФ-90 має автоколімаційну систему з об'єктивом, фокусна відстань якого рівна f = 1360 мм, а діапазон вимірювання електромагнітних випромінювань відповідає ділянці від Хі = 4000 А до Х 2 = 8000 А. До недоліків приладу УФ- 90 можна віднести кривизну спектра, що не дозволяє отримати однаково сфокусованими всі частини спектра, а також у ньому передбачається використання для реєстрації лише плоских фотопластинок.

Спектрограф ИСП-51 можна віднести до груп малих спектральних приладів, бо фокусна відстань його об'єктива відповідно рівна f = 270 мм. Диспергуючим елементом в даному спектрографі слугує призма, що дозволяє отримати розміри спектра - l = 106 мм. Реєстрація спектра у приладі ИСП-51 виконується на фотопластинку.

До загальних недоліків перерахованих зразків спектрального обладнання можна віднести: великі габарити;

можливість реєстрації спектра лише на фотопластину, що характеризується негативним впливом хроматичної аберації; затрати часу на виконання фото-робіт для отримання зображення на фотопластинах, що є критичним під час навчання.

Фокальна поверхня. Форма фокальної поверхні визначається властивостями оптики та диспергуючого елемента. Поперечний переріз фокальної площини, яка утворюється вгнутою дифракційною граткою, є круг Роланда. Для приладів з плоскою дифракційною граткою та ахроматичними об'єктивами добре можна сфокусувати спектр на площину, яка перпендикулярна осі камерного об'єктива. Для приладів з неахроматизованими лінзами форма поверхні фокальної площини є складною і визначається сумарним впливом хроматичної аберації об'єктива та асигматизму призми, що використовується як диспергуючий елемент. Тому при розробці спектрального обладнання взагалі та для навчальних цілей особливу увагу приділяють вибору оптичних елементів та їх взаємодії для уникнення впливу дефектів.

Збільшення спектральних приладів. Збільшенням спектрального приладу називається відношення лінійних розмірів зображення щілини на фокальній площині до реальних розмірів щілини. Відрізняють вертикальне та горизонтальне збільшення. Вертикальне збільшення визначається лише оптичною системою лінз, тоді як горизонтальне додатково залежить від параметрів диспергуючого елемента.

Зміна геометричних розмірів зображення щілини, яке викликане дифракцією та недосконалістю оптичних деталей і конструкції приладу, зводиться до зміни розмірів зображення.

Для визначення збільшення, яке дає оптична система, використовують формулу Лагранжа - Гельмгольца [25]. Коли предмет і зображення знаходяться на одній осі, ця формула має вигляд:

Фізичний зміст параметрів, представлених у математичному виразі (2.1), можна спостерігати на рис. 2.1, де відповідно: Li - розміри предмета; L2 - розміри зображення предмета; Pi - відстань від зображення до коліматорного об'єктива; P2 - відстань від камерного об'єктива до зображення; В ₁ - діаметр вхідного пучка, який падає на коліматорний об'єктив; В ₂ - діаметр світлового пучка, який виходить з камерного об'єктива; u₁ - кутова апертура, що визначається як кут між твірною конічного світлового пучка, який падає на коліматорний об'єктив, і оптичною віссю; u2 - кутова апертура, що визначається як кут між твірною конічного світлового пучка, який виходить з камерного об'єктива, і оптичною віссю.

Рис. 2.1 Графічне зображення геометричних об'єктів, які визначають оптичне збільшення спектрального приладу

Врахувавши, що tg(u) = BP маємо:

У випадку спектрального приладу величини, які входять до формули (2.2), мають конкретний фізичний зміст, а саме:

Pi - це фокусна відстань Fi коліматорного об'єктива Li, P2 - це відповідно фокусна відстань F2 камерного об'єктива, а Bi і B2 - перерізи світлових пучків на вході у коліматорний і на виході з камерного об'єктивів відповідно.

На рис. 2.3 а) показано, як змінюється переріз світлового пучка при проходженні через призму, а на рис. 2.3 б) показано відповідні зміни напрямку проходження перерізу світлового пучка для прозорої дифракційної гратки.

а) б)

Рис. 2.3. Зображення зміни горизонтального перерізу світлового пучка при його проходженні через призму а) та через гратку б).

Кількість світлової енергії, яка падає на приймач випромінювання на виході спектрального приладу, визначається спектральними та енергетичними характеристиками джерела світла, здатністю приладу пропускати світло, а також його геометрією і умовами освітленості вхідної щілини. Пропускання (T) визначається різними видами втрат випромінювання в приладі. Пропускання визначається відношенням світлової енергії, яка випромінюється вхідною щілиною, та енергією світла, яке формує зображення щілини.

Аналіз параметрів оптичних систем та їх розрахунок при розробці спектрального обладнання є надзвичайно важливою проблемою, що визначає спектральний діапазон дії приладу та область застосування обладнання і його ефективність використання.

Здійснивши аналіз зразків спектральних приладів, ми поставили мету розробити і виготовити діючу модель навчального спектрометра, який має є ряд переваг:

1. В приладі має бути передбачена електрична фотореєстрація спектра, що забезпечує вищі можливості проведення кількісного спектрального аналізу: швидкість обробки результатів, зручність накопичення, збереження інформації та її порівняння із стандартними результатами і представлення у графічній інтерпретації [34; 35].

2. Комп'ютерне керування та реєстрація у графічному вигляді; автоматичне керування всіма вузлами приладу; наявність спеціального блоку переміщення реєструючої щілини, що забезпечує компенсації впливу хроматичної аберації на побудову зображення.

3. Використання оригінального програмного забезпечення адаптоване для навчального процесу, має можливість поряд з класичними підходами реалізувати елементи самоорганізації та організації студентом (як суб'єктом цього процесу) власної навчальної діяльності і забезпечити реалізацію елементів синергетичного підходу в освітньому процесі [36; 40].

4. Прилад має можливість реалізувати ряд функцій для виконання різних спектральних досліджень (спектрометр, фотометр, спектроскоп, монохроматор), що забезпечує його універсальність.

5. Спектральне обладнання має відповідне методичне забезпечення, що дозволяє використовувати його з високим ступенем ефективності при вивченні оптичних випромінювань в курсі загальної фізики у ЗВО, а також для виконання наукових досліджень і дослідницьких завдань, характерні для основ спектроскопії і спектрального аналізу, дослідження закономірностей випромінювання абсолютно чорного тіла (АЧТ), поширення, розподілу та реєстрації різних ділянок оптичного випромінювання тощо [29].

3. Спектральний прилад "Спектрометр-01"

3.1. Будова приладу та основних його вузлів. Прилад "Спектрометр 01" створювався як навчальне обладнання для вивчення курсу загальної фізики у ЗВО та з метою виконання наукових досліджень, до результатів яких не ставляться високі вимоги. Комплект призначений для реєстрації та аналізу ОВ, його вигляд подано на рис. 3.1.

3.2.

Рис. 3.1. Зовнішній вигляд спектрального комплекту " Спектрометр 01 ": І - комп'ютер; ІІ - принтер; ІІІ - універсальний спектральний прилад: 1) блок живлення; 2) окуляр для візуального спостереження оптичних спектрів; 3) щілина, на яку спрямовується досліджуване випромінювання; 4) блок електричної фотореєстрації спектрів; 5) - вимикачі керування та переміщення сканера; 6) джерело досліджуваного випромінювання

У ході розробки спектрального комплекту для вивчення оптичного випромінювання (ОВ), ми виходили з того, що цей комплект повинен відповідати основним засадничим положенням:

1. Бути оснащеним комп'ютерним керуванням з програмним забезпеченням, що відбиває як змістову компоненту принципу роботи приладу, так і процесуальну складову його реалізації в освітньому процесі.

2. Технічні характеристики приладу повинні відповідати потребам проведення навчального експерименту з метою спектрального дослідження основних параметрів ОВ. Для цього передбачено використання: диспергуючого елемента у вигляді голографічної дифракційної гратки, яка працює у першому порядку і містить 1000 лін/мм, що забезпечує необхідну роздільну здатність; для реалізації точних переміщень сканера і фіксування довжини хвиль використані крокові двигуни; для електричної фотореєстрації інтенсивності випромінювання використовується фотоелектронний помножувач високої чутливості у діапазоні спектра від 350 нм до 750 нм.

3. Для виконання робіт фізичного практикуму комплект має бути оснащеним методичним забезпеченням, що дозволяє використати його при вивченні різних ділянок ОВ у курсі загальної фізики й одночасно знайомити студентів із спектральними дослідженнями у науковій і технічній сфері.

4. З метою впровадження елементів синергетичного підходу у навчальний процес комплект має бути оснащений досконалим програмним та методичним забезпеченням для виконання студентами самостійної роботи дослідницького характеру.

Будова приладу ""Спектрометр 01" визначається обраною оптичною схемою та механічним і електричним вузлами, що забезпечують сканування випромінювання за довжинами хвиль. Для забезпечення надійного кріплення

деталей основа корпусу виготовлена із нержавіючої сталі товщиною 6 мм і розміщена так, що поділяє внутрішній об'єм корпуса на дві частини: верхню та нижню. Корпус спектрометра виготовлено з текстоліту та дюралюмінію. Прилад має ніжки змінної висоти, що дозволяє вибирати необхідне зручне для дослідження й комфортне для студента положення. Для дослідження прозорих речовин установка має власне джерело світла, яке кріпиться спеціальним тримачем на вході приладу.

У верхній частині об'єму корпуса розміщена оптична система, а в нижній - сконцентрована механічна та електрична частини приладу. Розміщення основних вузлів оптичної системи показано на рис. 3.2.



Рис. 3.2. Схема розміщення основних вузлів оптичної системи: 1 - вхідна щілина; 2 - коліматорна лінза; 3 - дифракційна гратка; 4 - лінза камерного об'єктива; 5 - дзеркало із зовнішнім покриттям; 6 - дзеркало, що відбиває частину світлового потоку для електричної фотореєстрації; 7 - реєстраційна щілина фотоелемента; 8 - окуляр для візуального спостереження та фотореєстрації.

Рис. 3.3. Розміщення механічних та електричних вузлів приладу: 1 - блок електричного живлення; 2 - кроковий двигун сканера; 3 - електричне керування кроковим двигуном; 4 - механізм переміщення сканера; 5 - блок живлення підсилювача; 6 - високочастотний трансформатор; 7 - високовольтний випрямляч; 8 - високочастотний генератор; 9 - блок керування кроковим двигуном для переміщення щілини; 10 - механізм переміщення щілини;

11 - високовольтний потенціометр увімкнення ФЕП;

12 - підсилювач; 13 - кроковий двигун; 14 - ФЕП.

Розміщення вузлів механічної та електричної частини приладу показана на рис. 3.3. З метою зменшення впливу високочастотних електромагнітних випромінювань плата блоку АЦП розміщена у штекері під'єднання приладу до комп'ютера.

3.2. Оптична схема приладу. Спектральний прилад реалізовано за класичною схемою, диспергуючим елементом якої є прозора голографічна дифракційна гратка, що має 1000 лін/мм і працює у спектрі першого порядку. Таку дифракційну гратку можна виготовляти в умовах сучасного ЗВО. Гратка дає достатньо інтенсивний спектр і високу роздільну здатність. Оптична схема приладу показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Оптична схема приладу

Пройшовши щілину 2, світло падає на об'єктив коліматора Лі. Оскільки вхідна щілина розміщена у фокальній площині цієї лінзи, утворений коліматор дає можливість отримати паралельний пучок досліджуваного випромінювання і спрямувати його на дифракційну гратку

(ДГ), котра розкладає його в спектр. Дифракційна гратка виготовлена на основі лазерних технологій голографічним методом і працює у спектрі першого порядку. Дисперговане оптичне випромінювання після проходження через гратку потрапляє на камерний об'єктив Л 2, який фокусує зображення спектра у фокальній площині, де можуть бути розміщені: 1 - окуляр і тоді прилад працює як спектроскоп, дозволяючи виконувати візуальне вивчення спектрального складу досліджуваного спектра; 2 - щілина, яка дозволяє виділити досліджуваний діапазон спектра (ДХ), а прилад відповідно працює як монохроматор; 3 - фотокамера, котра дає можливість зафіксувати відповідні ділянки спектра на фотопластинці (фотоплівці чи у цифровому вигляді) й отримати спектрограф для фотографічного методу фіксування спектрів, а також використовувати прилад як 4 - спектрофотометр, спрямувавши випромінювання на фотореєструючий пристрій, що дає можливість вивчати розподіл енергії у досліджуваному спектрі.

Лінза Лі має фокусну відстань 170 мм, дифракційна гратка має 1000 лін/мм, робочим є перший максимум, лінза Л 2 має фокусну відстань 640мм. Такі параметри оптичної системи дають можливість отримати збільшення 3,75. Після проходження лінзи Л 2 дисперговане світло відбивається від зовнішньої поверхні дзеркала, що дає змогу реалізувати динамічний поворот оптичної осі за допомогою спеціального механічного пристрою. Сканер, повертаючи дзеркало, спрямовує почергово різні ділянки спектра на реєструючий елемент, функцію якого виконує фотоелектронний пристрій, або фотопластинка чи окуляр. Фотоелектронний помножувач використовується для електричної реєстрації досліджуваного оптичного випромінювання.

Лабораторні дослідження засвідчили, що ширина оптичного спектра, що фокусується щілиною величиною 0,5 мм, становить 140 мм, а лінійна дисперсія для центральної ділянки спектра - не більшою за 2,8 нм.

3.3. Механічні вузли спектрального приладу. Для реалізації повороту дзеркала і переміщення щілини в спектрометрі передбачено два спеціальні механізми, що точно фіксують положення сканера. В обох механізмах використовуються крокові двигуни.

Схема механізму сканера показано на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема механізму сканера

Основна функція даного механізму є перетворення кутового переміщення ротора крокового двигуна 3 в поворот дзеркала 6, яке визначає зображення спектра на виході приладу.

До ротора крокового двигуна 3 жорстко із спільною віссю обертання закріплений вал 8, на якому нарізана метрична різьба з кроком h = 0,5 мм. Кутове переміщення валу 8 спричинює зміщення гайки 7, що накручена на різьбу даного валу. Планка 11, яка жорстко з'єднана з гайкою 7, при переміщенні передає рух до валу 12, що закріплений на підшипнику 2, а відповідно і до ковзаючого тримача 4. Планка 10 може виконувати тільки обертовий рух навколо осі обертання дзеркала 6. Переміщення тримача 4 викликає кутове переміщення планки 10, обертання валу 13, а відповідно і дзеркала 6, оскільки ці елементи жорстко з'єднані між собою.

Кінець валу 8 з одного боку прикріплений до ротора двигуна, а з іншого тримається підшипником 1, який в свою чергу через тримач 9 закріплений на рамі приладу. Вал 13 теж знаходиться в підшипнику 5, зовнішня частина якого фіксується до рами спектрометра. Механізм сканера дозволяє розділити кут повороту Дф дзеркала на 9400 координат і досить чітко фіксувати положення дзеркала 6, що дає можливість досліджувати достатньо вузькі ділянки спектра. Схема механізму зміни положення вихідної щілини показана на рис.3.6.

Рис. 3.6. Механізм зміщення вихідної щілини

Основна функція цього механізму зводиться до переміщення щілини у таке положення в залежності від діапазону спектра, що відповідає фокусній площині камерної лінзи, яка визначається координатою сканера. Обертовий рух ротора крокового двигуна 1, що переходить у вал з різьбою 3, переміщує майданчик 8, на якому закріплено екран зі щілиною 6. Кінець валу 3 знаходиться у підшипнику 4.

Для прямолінійного і поступального руху майданчика 8 використовується напрямляючий стержень 7. Паралельно до екрана 6, на який фокусується ділянка досліджуваного спектра, розміщений фотокатод фотоелектронного помножувача 2.

Механізм дозволяє виконувати зміщення екрану на Af = 17 мм, що дає можливість отримати чітке зображення спектральних ліній у всьому діапазоні ОВ від 350 нм до 750 нм.

2.4. Електрична частина приладу. Електрична схема приладу обумовлена функціями, які виконує спектрометр: забезпечення переміщення сканера; переміщення щілини приймача; реалізація роботи фотореєструючого пристрою та здійснення живлення окремих електричних вузлів приладу.

Механізм сканера приводиться в рух кроковим двигуном БМПГ-2000. Прямий рух двигуна здійснюється послідовністю прямокутних імпульсів напругою U = 12 В, які подаються у певній закономірності на чотири клеми крокового двигуна. Реверсний рух реалізується подачею імпульсів у зворотній послідовності відносно прямого руху. Хронологічна картина подачі імпульсів на кроковий двигун показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Хронологічна картина одного циклу подачі послідовності імпульсів при прямому (а) та реверсному русі ротора (б)

Електрична схема пристрою переміщення сканера показана на рис. 3.8. У приладі передбачено три режими переміщення сканера: ручний; напівавтоматичний; автоматичний. Для забезпечення ручного переміщення сканера використовуються кнопки К 1 та К 2, автоматичний та напівавтоматичний режим реалізується за допомогою програмного забезпечення.

При переміщенні сканера на лічильник ИЕ 11 передаються імпульси, відповідно до яких на виході мікросхеми формується двійковий код, що потрапляє на дешифратор ИД 1. Сигнал на виході дешифратора вмикає електронні вимикачі, що зібрані на транзисторах VT1 - VT24. При наявності низького потенціалу на шістнадцятій ніжці дешифратора транзистори VT9 і VT17 закриваються, що в свою чергу спричиняє відкриття транзистора VT5 та закриття VT1. У такому стані на клему а подається напруга U = 12 В, а сканер переміщується на один крок. Аналогічно крокові а виконуються інші три кроки в, с та д, послідовне циклічне здійснення яких забезпечує необхідне переміщення сканера.

Рис. 3.8. Електрична схема блока переміщення сканера

Транзистор VT21 забезпечує подачу прямокутних імпульсів переміщення сканера при ручному режимі керування. При натисканні на кнопку К 1 або К 2 на колектор даного транзистора подається позитивний потенціал, що і забезпечує проходження імпульсів з частотою v= 125 Гц на базу транзистора VT19, а відповідно і на вхід лічильника ИЕ 11.

При програмному керуванні сканером, перемішуючі імпульси надходять з порту Р 1 на базу транзистора VT19 через розділювальний діод VD17. Відповідно до режиму роботи лічильника ИЕ 11 прямий та реверсний рух ротора крокового двигуна забезпечується за допомогою формування на вході потенціалу логічної 1 чи 0. Транзистори VT17 і VT18 призначені для електронної фіксації моменту досягнення сканером кінцевих координат.

У початковому положенні сканера на базу транзистора VT17 подається нульовий потенціал, що забезпечує перехід кнопки К 2 у неактивний стан і унеможливлює реверсних рух при ручному режимі керування приладом.

Аналогічно працює електронний вимикач, побудований на транзисторі VT18, який робить неактивною кнопку К 1 при досягненні скануючим пристроєм кінцевого положення. Сигнал з транзисторів VT18 і VT17 реалізує оповіщення програми про виникнення події досягнення крайнього положення, а також вмикає світлову сигналізацію, реалізовану на світлодіодах HL1 і HL2.

Для усунення дефектів, пов'язаних з явищем хроматичної аберації, в приладі передбачена можливість зміни положення реєструючої щілини відносно камерного об'єктива. Переміщення щілини здійснюється за допомогою спеціального механізму та крокового двигуна, який позиціонує приймач світла з точністю до d= 0,15 мм. При здійсненні сканування спектра програма автоматично скеровує переміщення щілини у відповідності до довжини хвилі світла, яке потрапляє на фотореєструючий елемент.

Електрична схема блоку керування переміщенням вихідної (реєструючої) щілини показано на рис. 3.9. На схемі виводи С 1, С 2, С 3, С 4 призначені для під'єднання крокового двигуна, а точки А 1, А 2, А 3, А 4 - для отримання з порту комп'ютера відповідних керуючих сигналів.



Рис. 3.9. Електрична схема пристрою переміщення щілини

Алгоритм роботи крокового двигуна, який забезпечує усунення хроматичної аберації, ідентичний до того, який показано на рис. 3.7, і при надходженні з порту послідовних циклічних імпульсів він забезпечує необхідний кут повороту ротора. Крок щілини здійснюється при встановленні логічної одиниці на А 1, що відкриває транзистори VT1, VT2 і VT12, а колекторний перехід транзистора VT9 переходить у високоомний стан, внаслідок чого потенціал точки С 1

зміщується від фо = 0 В до фі = 12 В і забезпечує крок двигуна. Аналогічно працюють вимикачі вхідних точок А 2, А 3 і А 4. При досягненні крайнього початкового положення на клемі А 5 утворюється логічна одиниця, а на порт С 5 подається потенціал логічного нуля, що дає можливість програмі знаходити координати щілини в режимі визначення початкових координат.

Фотореєструючим елементом у приладі слугує фотоелектронний помножувач ФЕУ-130. Його схему увімкнення ілюструє рис. 3.10.



Рис. 3.10. Електрична схема з'єднання фотоелектронного помножувача " ФЕУ-130" R1- ИЗКОм R2-R3-...-R

Перед проведенням аналізу інтенсивності фотоструму та аналогово-цифрового перетворення сигнал підсилюється за допомогою каскаду операційних підсилювачів, виконаних на базі мікросхеми К 140УД 17. Ця мікросхема має порівняно малий коефіцієнт температурного зміщення нуля, високу передавальну функцію вхідного сигналу і відноситься до прецизійних операційних підсилювачів.

Електричну схему підсилювача показано на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Електрична схема підсилювача сигналу від фотореєструючого пристрою

Сигнал від анода подається на вхід підсилювача в точку А. Фотоелектронний помножувач "ФЕУ-130" має порівняно високу чутливість і здатний реєструвати окремі фотони. Тому для виділення середнього значення інтенсивності сигналу в схемі передбачені згладжувальні конденсатори С 1 та С 2.

Загальний коефіцієнт підсилення потужності фотоструму близький до К = 4-10⁵, тому для запобігання впливу шумів підсилювач добре екрановано і всі з'єднувальні провідники мають загальний екран. Беручи до уваги інтенсивність сигналу на вході операційного підсилювача К 140УД 17 та враховуючи полярність вихідного сигналу помножувача, підсилювач має три каскади. Зниження коефіцієнту підсилення до заданого досягається увімкненням у схему потенціометрів, зібраних на резисторах R10, R11 та збільшенням опору на вході останнього каскаду резистором R8.

Чутливість фотоелектронного помножувача не є лінійною для всіх довжин хвиль світлового діапазону, тому для досягнення точності вимірювання інтенсивності спектральних ліній система фото-приймач-підсилювач експериментально відкалібрована, а отримана залежність чутливості фотореєструючої частини від довжини світлової хвилі введена як база даних в алгоритм керуючої програми, що дозволяє виконувати вимірювання з точністю (у відповідності до значення інтенсивності), яка зазначена в таблиці 2.1.

Таблиця 3.1

Точність вимірювання

Інтенсивність сигналу %	Похибка вимірювання %
Від 0 до 20	3
Від 20 до 60	4
Від 60 до 100	6

Для введення даних про інтенсивність світлових спектральних ліній в комп'ютер, електричний сигнал від фотореєструючої частини проходить перетворення в цифровий вигляд у відповідності з двійковою системою числення. Для виконання функцій використовується АЦП, виготовлений на базі мікросхеми MCP3201, яка являє собою 12-ти бітний аналогово-цифровий перетворювач з послідовним інтерфейсом передачі даних.

...